WO2013005525A1 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

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WO2013005525A1
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laser light
polarization
display
laser
head
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俊 関谷
誠 秦
中原　剛
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日本精機株式会社
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    • G09G2320/0626—Adjustment of display parameters for control of overall brightness

Definitions

  • the present invention relates to a head-up display (HUD) device, and particularly to a head-up display device that displays light emitted from a laser light source as an image by optical scanning.
  • HUD head-up display
  • Patent Document 1 discloses a head-up display device that displays information in front of a windshield so that a vehicle driver can read vehicle information (speed, mileage, etc.) with little movement of the line of sight while driving. Proposed.
  • the vehicle head-up display device 1 is disposed in the dashboard of the vehicle 2 as shown in FIG. 1, and the display light J projected by the vehicle head-up display device 1 is reflected by the windshield 3.
  • the vehicle driver 3 can visually recognize the virtual image X superimposed on the landscape.
  • Such a head-up display device 1 for a vehicle, a device using a semiconductor laser as a light source has been proposed, and is disclosed in Patent Document 2, for example.
  • a head-up display device 1 includes a semiconductor laser, a scanning system, and a screen, and generates a display image by scanning laser light emitted from the semiconductor laser toward the screen by the scanning system.
  • the driver needs to be able to see a clear and appropriate luminance display even in a dark environment at night from a bright environment in the daytime. Therefore, it is necessary to greatly change the display luminance of the display image in accordance with the external brightness (external illuminance) of the head-up display device 1. Since the display can be seen even in a bright environment in the daytime, the brightness of the display image displayed by the head-up display device 1 is required to be several thousand to several tens of thousands of cd / m2 or more at the maximum brightness. Several cd / m2 is required as the minimum luminance so that dazzling does not hinder driving.
  • the light intensity threshold value Ath at the threshold current value Ith which is the drive current value at which the semiconductor laser starts to oscillate as shown in FIG. Low light intensity is required.
  • the laser light source is controlled to be less than the threshold current value Ith, there is a problem that the control is complicated because the drive current-laser light intensity characteristic changes at the threshold current value Ith. Further, in the vicinity of the threshold current value Ith, there is a problem that the light intensity of the laser becomes unstable and adversely affects the display quality.
  • the present invention stably realizes a low-brightness display that does not feel dazzling even in a dark environment at night in a head-up display device using a laser light source, and further changes in luminance.
  • An object of the present invention is to provide a head-up display device that is continuous and does not give a sense of incongruity to a vehicle driver, and has good white balance in the entire display luminance range.
  • the present invention employs the following means in order to solve the above problems. That is, the present invention provides a head-up display device that detects the illuminance of external light by the external light intensity detection unit and adjusts the display brightness based on the illuminance of the external light. In the case of displaying in a region, the display brightness adjusting means for adjusting the display brightness of the display image by adjusting the polarization angle of the polarization control element and adjusting the transmittance of the laser beam in the polarization section is provided. The gist.
  • the present invention provides a laser light source that emits laser light, a laser light control unit that controls the light intensity of the laser light, and A polarization control element that polarizes the laser light, and a polarization control unit that arbitrarily controls the polarization angle of the laser light in the polarization control element, A polarizing part that transmits a specific polarization component;
  • a scanning unit that is located on the optical path of the laser beam emitted from the laser light source, scans the laser beam that has arrived, and projects a desired display image;
  • a laser beam detector for detecting the light intensity of the laser beam;
  • An external light detector for detecting the illuminance of external light; Based on an external illuminance measurement value measured by the external light detection unit, a luminance target value to be displayed on the display image is calculated, and the laser light control unit is configured to display the display image at the luminance target value.
  • Display luminance adjusting means for controlling the polarization controller;
  • the display brightness adjusting means includes When the external illuminance measurement value is greater than or equal to a predetermined boundary external illuminance, Via the polarization control unit, the polarization angle of the polarization control element is controlled so that the laser beam has a polarization angle that is not dimmed by the polarization unit, When the external illuminance measurement value is less than the boundary external illuminance, Via the polarization control unit, the polarization angle of the polarization control element is controlled to be a polarization angle at which the laser beam is attenuated by the polarization unit, With such a configuration, a low-brightness display that does not feel dazzling even in a dark environment at night can be stably achieved, and the brightness is clear and appropriate in a wide range of illuminance environments such as a bright environment in the daytime and a dark environment at night.
  • a head-up display device can be provided.
  • a laser light source that emits laser light
  • a laser light control unit that controls the light intensity of the laser light
  • a polarization control element that polarizes the laser light
  • a polarization control unit that arbitrarily controls a polarization angle of the laser light in the polarization control element, A polarizing part that transmits a specific polarization component
  • a scanning unit that is located on the optical path of the laser beam emitted from the laser light source, scans the laser beam that has arrived, and projects a desired display image
  • a laser beam detector for detecting the light intensity of the laser beam
  • An external light detector for detecting the illuminance of external light
  • Based on an external illuminance measurement value measured by the external light detection unit a luminance target value to be displayed on the display image is calculated, and the laser light control unit is configured to display the display image at the luminance target value.
  • Display luminance adjusting means for controlling the polarization controller;
  • the display brightness adjusting means includes When the external illuminance measurement value is greater than or equal to a predetermined boundary external illuminance, High brightness control mode for adjusting the brightness of the display image to the brightness target value by controlling the laser light intensity of the laser light source via the laser light control unit, When the external illuminance measurement value is less than the boundary external illuminance, A low-luminance control mode that adjusts the luminance of the display image to the luminance target value by controlling the polarization angle of the polarization control element via the polarization control unit.
  • a head-up display device that can be provided can be provided.
  • the image display apparatus further includes image quality correction means for correcting the white balance of the display image.
  • image quality correction means for correcting the white balance of the display image.
  • the image quality correction means corrects the white balance of the display image by controlling the light intensity of the laser light source via the laser light control unit.
  • a head-up display device with good white balance can be provided.
  • the image quality correction unit corrects the white balance of the display image by controlling the polarization angle of the polarization control element via the polarization control unit.
  • a head-up display device with good white balance can be provided.
  • the drive current value of the laser light source is set to a value larger than the threshold current value of the laser light source.
  • the laser light control unit controls the laser light source so as to have a desired light intensity gradually by PAM driving or PWM driving.
  • the polarization control unit gradually changes the magnitude of the voltage applied to the polarization control element.
  • the polarization control unit is adapted to the external illuminance measurement value. Further, it is possible to provide a head-up display device in which the luminance change of the display image when adjusting to the desired display luminance is continuous and does not give the vehicle driver a sense of incongruity.
  • the laser light source includes a plurality of laser light sources having different wavelengths, and color display can be performed by using a plurality of laser light sources having different wavelengths as in such a configuration. .
  • the polarization control element includes a plurality of polarization controllable regions that can be controlled independently.
  • the polarization control element depends on different wavelengths such as RGB and individual differences of laser light sources.
  • the polarization angle of the polarization control element is controlled for each laser light source, and the transmittance of the polarization part can be adjusted to adjust the desired white balance. it can.
  • polarized-light part are provided with respect to each of these laser light sources, and, by such structure, more than the invention of Claim 8.
  • the laser light intensity and white balance for each laser light source can be adjusted reliably.
  • the polarization control element and the polarization unit are provided on an optical path of a synthesized laser beam obtained by synthesizing laser beams emitted from a plurality of laser light sources having different wavelengths.
  • the synthetic laser light is obtained by emitting laser light sources having different wavelengths for each subframe obtained by time-dividing a frame, and the polarization control unit performs the polarization for each subframe.
  • the polarization angle of the control element is controlled.
  • the polarization control element and the polarization unit are shared by a plurality of laser light sources, and the individual wavelengths of the RGB and other light sources with different wavelengths such as RGB can be kept low.
  • Head-up display with good white balance by controlling the polarization angle of the polarization control element for each laser light source and adjusting the transmittance of the polarization part in consideration of the polarization degree and visible light transmittance of the polarization control element due to the difference
  • An apparatus can be provided.
  • the present invention provides a head-up display device using a laser light source that stably realizes a low-brightness display that makes the display feel dazzling even in a dark environment at night, and further, the brightness change is continuous and the vehicle driver feels uncomfortable. And a head-up display device with good white balance in the entire display luminance range.
  • (E) is an example of the display brightness-transmittance data table O5
  • (f) is an example of the applied voltage-transmittance data table O6.
  • It is a flowchart of the display brightness and white balance adjustment of the display image in the low brightness mode according to the invention. It is a figure showing the hysteresis in switching with the high-intensity mode and low-intensity mode based on the change of the external illumination intensity which concerns on the said invention. It is the figure which showed the temperature characteristic of the laser light source which relates to the above-mentioned invention, (a) is the figure which shows the temperature characteristic of drive current-laser light intensity, (b) is the temperature characteristic of light source duty ratio-laser light intensity.
  • HUD device 1 A head-up display device (HUD device) 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the HUD device 1 As shown in FIG. 1, the HUD device 1 according to the present embodiment is provided in the dashboard of the vehicle 2 and reflects the display light J representing the generated display image D (see FIGS. 2 and 6) by the windshield 3.
  • This is a device that causes the vehicle driver 4 to visually recognize the virtual image X of the display image D representing the vehicle information. Thereby, the vehicle driver 4 can visually recognize the vehicle information without diverting the line of sight from the front during driving.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of the HUD device 1 according to the present invention.
  • the HUD device 1 includes a synthetic laser light generation device 10, a MEMS scanner 20, a color sensor 30, a transmission screen 40, a reflection unit 50, A housing 60, a light sensor 70, and a control unit 80 that performs electrical control of the HUD device 1 are provided.
  • the synthetic laser light generator 10 is an apparatus that combines the laser beams of the three primary colors of RGB and emits one synthetic laser light C. As shown in FIG. 3, a laser diode (laser light source) 11 and a collecting laser light are collected. An optical optical system 12, a liquid crystal panel (polarization control element) 13, a polarizing plate (polarization unit) 14, and a dichroic mirror 15 are provided.
  • the laser diode 11 is a semiconductor laser (laser diode), a laser diode 11r that emits red laser light R, a green laser diode 11g that emits green laser light G, and a blue laser diode that emits blue laser light B. 11b.
  • the current-light intensity characteristics of a semiconductor laser are different in each region where the threshold current value is greater than and less than the threshold current value Ith.
  • Laser light by stimulated emission is oscillated above the threshold current value Ith, but non-laser light by spontaneous emission is emitted below the threshold current value Ith.
  • the laser diodes 11r, 11g, and 11b respectively emit laser light RGB in the direction of the condensing optical system 12 based on drive data from a laser light control unit 82 described later.
  • the condensing optical system 12 includes condensing lenses 12r, 12g, and 12b corresponding to the laser diodes 11r, 11g, and 11b, respectively.
  • the condenser lens 12r is disposed on the optical path of the laser light R emitted from the laser diode 11r, and makes the laser light R converged light. The same applies to the correspondence between the condenser lens 12g and the green laser diode 11g, and the condenser lens 12b and the blue laser diode 11b.
  • the liquid crystal panel (polarization control element) 13 has an applied voltage controlled based on control data from a polarization control unit 83 described later, and arbitrarily changes the polarization angle of the laser light RGB.
  • the liquid crystal panel 13 includes liquid crystal cells (polarization controllable regions) 131r, 131g, and 131b corresponding to the laser beams RGB of the respective wavelengths, and the liquid crystal cells 131r, 131g, and 131b can be controlled independently. is there. With such a configuration, the polarization angle of the polarization control element 13 is controlled for each laser diode 11 in consideration of the polarization degree and visible light transmittance of the polarization control element 13 due to different wavelengths such as RGB and individual differences of the laser diodes 11. Can do.
  • the control liquid crystal panel 13 uses, for example, TN (Twisted Nematic) liquid crystal. In the following description, it is assumed that the liquid crystal panel 13 is a TN liquid crystal.
  • the polarizing plate (polarizing unit) 14 is disposed on the optical path after the laser light RGB passes through the liquid crystal panel 13 and transmits only light having a specific polarization angle, and reflects or absorbs the other light.
  • the direction of the transmission axis of the polarizing plate 14 is determined in consideration of the polarization dependence of the reflectance of the windshield 3.
  • the polarizing plate 14 is disposed so as to be in close contact with the liquid crystal panel 13, but may be disposed so as not to be in close contact.
  • FIGS. 5A and 5B are diagrams showing a case where the laser light RGB is not transmitted (a) and a case where the laser light RGB is transmitted (b) through the liquid crystal panel 13 and the polarizing plate 14.
  • the polarization angles of the laser beams RGB are emitted from the liquid crystal cells 131r, 131g, and 131b while maintaining the same polarization angles as those when the liquid crystal cells 131r, 131g, and 131b are incident.
  • the emitted laser light RGB is incident on the polarizing plate 14.
  • the laser light RGB is transmitted through the polarizing plate 14.
  • the light intensity of the laser light RGB is significantly reduced by the combination of the liquid crystal panel 13 and the polarizing plate 14.
  • the polarization angle of the laser light RGB transmitted through the liquid crystal panel 13 does not change as described above when the voltage is applied to the liquid crystal panel 13 and the liquid crystal molecules are completely up.
  • the polarization angle of the laser light RGB is rotated by 90 ° with respect to the incident time of the liquid crystal cells 131r, 131g, 131b, and is emitted from the liquid crystal cells 131r, 131g, 131b.
  • the emitted laser light RGB is incident on the polarizing plate 14.
  • the laser light RGB exits the polarizing plate 14 without being dimmed.
  • the reason why the polarization angle of the laser light RGB transmitted through the liquid crystal panel 13 is rotated by 90 ° as described above is that no voltage is applied to the liquid crystal panel 13 or a low voltage that does not change the alignment of the liquid crystal molecules is applied. Is the case.
  • the polarization angles by the liquid crystal cells 131r, 131g, and 131b are the same, the polarization angles of the liquid crystal cells 131r, 131g, and 131b can be independently controlled.
  • the above example is a case where the laser light emitted from the liquid crystal panel 13 is completely transmitted or blocked, but this is not the case in practice.
  • the polarization angle of the laser beam can be arbitrarily controlled in the range of 0 to 90 °, and the laser beam transmittance Z in the polarization unit 14 is controlled.
  • the laser beam intensity A emitted from the polarizing plate 14 can be arbitrarily determined.
  • a normally white liquid crystal that transmits laser light when the applied voltage V of the liquid crystal panel 13 is used in the OFF state and shields the laser light when used in the ON state is described as an example.
  • a normally black liquid crystal may be used.
  • the dichroic mirror 15 is composed of a mirror in which a thin film such as a dielectric multilayer film is formed on a mirror surface, and dichroic mirrors 15r, 15g, which are arranged on the respective optical paths of the laser light RGB. 15b.
  • the laser light RGB emitted from each of the laser diodes 11r, 11g, and 11b is reflected or transmitted, and the laser light RGB is combined into one laser light.
  • the dichroic mirror 15r is positioned in the traveling direction of the laser light R from the condenser lens 12r, and is disposed at a predetermined angle with respect to the traveling direction of the light. Thereby, the laser beam R is reflected.
  • the dichroic mirror 15g is positioned in the traveling direction of light from the condenser lens 12g and the dichroic mirror 15r, and is disposed at a predetermined angle with respect to the traveling direction of each light. Thereby, the laser beam R is transmitted and the laser beam G is reflected. That is, the dichroic mirror 15g combines the laser beams R and G.
  • the dichroic mirror 15b is located in the traveling direction of light from the condenser lens 12b and the dichroic mirror 15g, and is disposed at a predetermined angle with respect to the traveling direction of each light. Thereby, the combined laser beams R and G are transmitted, and the laser beam B is reflected. That is, the dichroic mirror 15b further combines the laser beams R and G and the laser beam B.
  • the laser beams RGB are combined into one synthetic laser beam C. Since the laser diodes 11r, 11g, and 11b are arranged and adjusted, the polarization angles of the combined laser beams RGB are the same, and the polarization dependency of the reflectance of the windshield 3 is determined. Is determined in consideration of The combined synthetic laser beam C is emitted from the synthetic laser beam generator 10 and travels to the MEMS scanner 20.
  • FIG. 6 is an explanatory view of the screen 40 as viewed from the MEMS scanner 20 side.
  • the MEMS (Micro Electro Mechanical System) scanner 20 scans the synthetic laser beam C emitted from the synthetic laser beam generator 10 to transmit the transmission screen.
  • a display image D is generated at 40.
  • the display image D drawn by the MEMS scanner 20 is generally smaller than the scannable range En.
  • the reflection surface is oscillated by resonance, so that the operation speed of the reflection surface becomes slow or completely stops near the reciprocal switching point of scanning, and the display image D is distorted.
  • the resolution may be reduced. Therefore, the vicinity of the scanning reciprocation switching point is not used as the display area Ep.
  • the color sensor 30 detects the laser beam intensity A of each of the laser beams RGB and outputs analog data of the laser beam intensity A to the microcomputer 81.
  • the color sensor 30 is arranged in the non-display area outside the scannable range En and the display area Ep on the lower surface of the transmission screen 40, and thereby the laser light RGB laser light without affecting the display image D. Intensity A is detectable.
  • the color sensor 30 is installed in the lower surface of the transmissive screen 40, the installation place is arbitrary.
  • the transmission screen 40 includes a diffusion plate, a holographic diffuser, a microlens array, and the like.
  • the transmission screen 40 receives the laser light RGB scanned by the MEMS scanner 20 on the lower surface and displays the display image D on the upper surface.
  • the reflection unit 50 is provided between the light path of the transmission screen 40 and the windshield 3 so that the display image D displayed on the upper surface of the transmission screen 40 is connected to the desired position as a virtual image X with a desired size.
  • the reflection unit 50 includes two mirrors, a plane mirror 51 and a magnifying mirror 52, but the configuration is arbitrary.
  • the plane mirror 51 is a planar total reflection mirror or the like, is disposed at a position for receiving the display light J that has passed through the transmission screen 40, and reflects the display light J toward the magnifying mirror 52.
  • the magnifying mirror 52 is a concave mirror or the like, and emits the display light J toward the windshield 3 by reflecting the display light J reflected by the flat mirror 51 on the concave surface. As a result, the size of the virtual image X to be connected becomes a size obtained by enlarging the display image D.
  • the housing 60 is formed in a box shape from a hard resin or the like, and includes a window portion 61 having a predetermined size on the upper side, and stores the above-described portions 10 to 50 at predetermined positions.
  • the window 61 is formed in a curved shape from a translucent resin such as acrylic, and is attached to the opening of the housing 60 by welding or the like. Further, the window part 61 transmits the light reflected by the magnifying mirror 52. Moreover, the window part 61 is provided with the light sensor 70 mentioned later in the lower surface. In the present embodiment, the light sensor 70 is installed on the lower surface of the window 61, but the installation location is arbitrary as long as the external illuminance measurement value is detectable within a predetermined value or more.
  • FIG. 7 is a block diagram of a head-up display device according to the present invention.
  • the control system of the HUD device 1 according to the present invention includes a synthetic laser light generation device 10, a MEMS scanner 20, a color sensor 30, a light sensor 70, and a control unit 80.
  • the color sensor 30 detects the laser light intensity A of each of the laser light RGB and outputs a light intensity measurement value M that is analog data of the laser light intensity A to the control unit 80.
  • the light sensor 70 detects the external illuminance P of the HUD device 1 and outputs an external illuminance measurement value P1 that is analog illuminance data to the control unit 80.
  • the control unit 80 includes a microcomputer 81, a laser light control unit 82, a polarization control unit 83, and a MEMS driver 90.
  • the microcomputer 81 is supplied with image data for displaying the display image D from the vehicle ECU 5 by LVDS (Low Voltage Differential Signal) communication or the like, and controls the laser diode 11 via the laser light control unit 82 according to this image data. Further, by controlling the MEMS scanner 20 via the MEMS driver 90, a desired display image D is projected onto the transmissive screen 40. Further, the microcomputer 81 identifies the scanning position of the synthetic laser light C from the synchronization signal of the MEMS scanner 20, stores the positional information of the color sensor 30 installed in advance, and determines the position and scanning position of the color sensor 30. The laser diodes 11r, 11g, and 11b are driven via the laser light control unit 82 at the overlapping timing.
  • LVDS Low Voltage Differential Signal
  • the microcomputer 81 includes a display luminance adjusting unit 81a that adjusts the display luminance B of the display image D, and an image quality correcting unit 81b that adjusts the white balance of the display image D.
  • the display brightness adjustment unit 81a calculates a brightness target value B1 that is a brightness of a suitable display image from the external illuminance measurement value P1 output from the light sensor 70. Based on the calculation result, the display brightness adjustment unit 81a performs laser processing via the laser light control unit 82. By controlling the laser light intensity A of the diode 11 or adjusting the polarization angle of the liquid crystal panel 13 via the polarization controller 83 and controlling the transmittance Z of the polarizing plate 14 based on the calculated luminance target value B1. The display brightness B of the display image D is adjusted.
  • the image quality correction unit 81b is configured to provide a desired white balance based on the light intensity measurement values Mr, Mg, and Mb of the laser light RGB output from the color sensor 30, and to each of the laser diodes 11r, 11g, and 11b. Adjust the laser light intensity A.
  • the image quality correction unit 81b corrects the white balance of the display image D by adjusting the polarization angles of the liquid crystal cells 131r, 131g, and 131b and controlling the transmittance Z of the polarizing plate 14.
  • the laser light control unit 82 drives the laser diode 11 based on the laser light source control data from the microcomputer 81.
  • the polarization control unit 83 drives the liquid crystal panel 13 based on the polarization control data from the microcomputer 81.
  • FIGS. 8 to 11 show how the display luminance adjustment unit 81a adjusts the display luminance B when the display image D displayed by the HUD device 1 is displayed in the high luminance region LH and when the display image D is displayed in the low luminance region LL. It explains using.
  • step S ⁇ b> 0 the light sensor 70 measures an external illuminance P that is an illuminance outside the HUD device 1, and outputs measurement data to the microcomputer 81.
  • step S1 when the external illuminance P detected by the light sensor 70 is equal to or higher than the predetermined boundary external illuminance Pm stored in the memory, the display brightness adjusting unit 81a shifts to the high brightness mode (S1a) and When it becomes less than illuminance Pm, it changes to low-intensity mode (S1b).
  • the boundary external illuminance Pm is a value calculated from a predetermined boundary current value Im, and is based on a threshold current value Ith at which any of the laser diode 11r, the green laser diode 11g, and the blue laser diode 11b does not oscillate. It is a value equal to or greater than the calculated external illuminance threshold Pth.
  • the high luminance mode S1a is performed according to the flowchart of FIG. The following description will be given with the measurement data of the external illuminance P as the external illuminance measurement value P1.
  • the display luminance adjusting means 81a displays the luminance of the display image suitable for the input external illuminance measurement value P1 based on the external illuminance-display luminance table O1 stored in the microcomputer 81 as shown in FIG. A luminance target value B1 is calculated.
  • the light intensity target value A1 of the laser light source 11 corresponding to the luminance target value B1 is calculated.
  • the display brightness adjusting unit 81a is configured to (1) a laser corresponding to the light intensity target value A1 based on the drive current-laser light intensity characteristic data table O3 (FIG. 10C) stored in the microcomputer 81.
  • a target current value I1 of the light source 11 is calculated.
  • step S4 the display brightness adjusting unit 81a performs PAM (Pulse Amplitude Modulation) on the laser light sources 11r, 11g, and 11b via the laser light control unit 82 based on (1) the target current value I1 calculated above. Control. (2) Alternatively, PWM (Pulse Width Modulation) control is performed based on the target light source duty ratio Z1 calculated above.
  • PAM Pulse Amplitude Modulation
  • the laser beams RGB of the laser light sources 11r, 11g, and 11b driven in this way are combined, and the combined laser beam C is emitted from the combined laser beam generator 10.
  • the combined laser beam C is scanned by the scanning unit 20. And projected onto the screen 40 side.
  • step S5 the color sensor 30 measures the light intensity measurement value M, which is the light intensity of each of the laser beams RGB, and the light intensity measurement value M is output to the microcomputer 81 as analog data.
  • step S6 the display brightness adjusting unit 81a measures the light intensity, which is the actual value of the light intensity target value A1 calculated based on the external illuminance measurement value P1 and the combined laser light C measured by the color sensor 30. Compare the value M.
  • step S7 if there is a difference between the light intensity target value A1 and the light intensity measurement value M as a result of the comparison in step S6, the light intensity measurement value M is approximately equal to the light intensity target value A1.
  • the target current value I1 or the target light source duty ratio Q1 of the laser light source 11 is adjusted.
  • step S8 the image quality correction means 84 uses the laser light of each of the laser diodes 11r, 11g, and 11b so that the display image D has a desired white balance based on the light intensity measurement values M of the laser light RGB.
  • White balance is corrected by adjusting the intensity A.
  • step S9 the feedback control (steps S4 to S9) is repeated so that the light intensity measurement value M approaches the light intensity target value A1.
  • the display brightness adjusting unit 81a calculates the target current value I1 or the target light source duty ratio Q1 so that the light intensity target value A1 calculated from the external illuminance measurement value P1 measured by the light sensor 70 is obtained.
  • Steps S0, S2, S3 The laser light source 11 is driven with the target current value I1 or the target light source duty ratio Q1, and the white balance is taken into consideration so that the light intensity measurement value M measured by the color sensor 30 and the light intensity target value A1 substantially coincide.
  • the feedback control for adjusting the target current value I1 or the target light source duty ratio Q1 is performed.
  • Steps S4 to S8 In the second frame, the laser light source 11 is driven with the target current value I1 or target light source duty ratio Q1 adjusted in the first frame, scanned by the scanning unit 20, and the display image D of the second frame is projected. Feedback control is performed to adjust the target current value I1 or the target light source duty ratio Q1 of the laser light source 11 again so that the light intensity measurement value M measured by the color sensor 30 and the light intensity target value A1 substantially coincide.
  • Steps S4 to S8 Up to the 60th frame, similarly to the second frame, the target current value I1 or the target light source duty ratio of the laser light source 11 is set so that the light intensity measurement value M measured by the color sensor 30 and the light intensity target value A1 substantially coincide.
  • step S4 to S8 The feedback control (steps S4 to S8) for adjusting Q1 is repeated.
  • the light intensity target value A1 is calculated again based on the external illuminance measurement value P1 measured by the light sensor 70 in the same manner as in the first frame, and the target corresponding to the calculated light intensity target value A1 is obtained.
  • the current value I1 or the target light source duty ratio Q1 is calculated.
  • the feedback control in steps S4 to S8 is repeated.
  • the feedback control (steps S4 to S8) is not performed for each frame as in the above embodiment, but for example, the feedback control may be performed only for the first to fifth frames.
  • the laser diode 11r, the green laser diode 11g, and the blue laser diode 11b are continuously driven with the target current value I1 reflecting the feedback result of the 5th frame.
  • Control can be simplified by not performing feedback control frequently as in such a configuration.
  • the above control method is an embodiment of the present invention, and the reading timing of the external illuminance P, the number of times of feedback control, and the like may be arbitrarily determined.
  • the low luminance mode S1b is performed along the flowchart of FIG. The following description will be given with the measurement data of the external illuminance P as the external illuminance measurement value P2.
  • the display brightness adjusting means 81a displays the brightness of the display image suitable for the input external illuminance measurement value P2 based on the external illuminance-display brightness table O1 stored in the microcomputer 81 as shown in FIG.
  • the brightness target value B2 is calculated, and the light intensity target value A2 of the laser light source 11 corresponding to the brightness target value B2 is calculated based on the display brightness-laser light intensity data table O2 as shown in FIG. 10B. .
  • step S12 the display brightness adjusting unit 81a sets the driving condition of the laser light source 11 to the predetermined boundary current value Im or the boundary light source duty ratio Qm.
  • step S13 the display luminance adjusting means 81a is based on the display luminance-transmittance characteristic data table O4 of FIG. 10E stored in advance, and the polarizing plate 14 according to the light intensity target value A2 calculated above.
  • the target transmittance Z2 of the laser light RGB in is calculated, and based on the applied voltage-transmittance characteristic data table O6 (FIG. 10 (f)), the polarization controllable region 131r corresponding to the target transmittance Z2 calculated above is calculated.
  • the target voltage V2 for each of 131g and 131b is calculated.
  • step S14 the display brightness adjusting means 81a drives the laser light source 11 with the boundary current value Im or the boundary light source duty ratio Qm.
  • the polarization controllable regions 131r, 131g, and 131b are driven by the target voltage V2 described above, and polarize the laser light RGB to a desired polarization angle. It is dimmed to the target value A2.
  • These dimmed laser beams RGB are combined, and a combined laser beam C is output from the combined laser beam generator 10.
  • the output combined laser beam C is scanned by the scanning unit 20 and projected onto the screen 40 side. .
  • step S15 the color sensor 30 measures the light intensity measurement value M, which is the light intensity of each of the laser beams RGB, and the light intensity measurement value M is output to the microcomputer 81 as analog data.
  • step S ⁇ b> 16 the display brightness adjusting unit 81 a measures the light intensity that is an actual value of the light intensity target value A ⁇ b> 2 calculated based on the external illuminance measurement value P ⁇ b> 2 and the combined laser light C measured by the color sensor 30. Compare the value M.
  • step S17 if there is a difference between the light intensity target value A2 and the light intensity measurement value M as a result of the comparison in step S16, the light intensity measurement value M is approximately equal to the light intensity target value A2.
  • the target voltage V2 of the liquid crystal cells 131r, 131g, and 131b is adjusted.
  • step S18 the image quality correction unit 81b corrects the target voltage V2 of each of the liquid crystal cells 131r, 131g, and 131b, or corrects the boundary current value Im or the boundary light source duty ratio Qm of each of the laser light sources 11r, 11g, and 11b. Alternatively, white balance correction processing is performed by both of them.
  • step S19 the feedback control (steps S14 to S19) is repeated so that the light intensity measurement value M approaches the light intensity target value A2.
  • the color sensor 30 is used to detect the laser light intensity A, but a photodiode may be used.
  • the synthetic laser beam C scans the photodiode
  • the laser beam RGB that scans the photodiode for each frame is switched to detect the light intensity measurement values M of the laser beams R, G, and B. It is possible.
  • a hysteresis may be given in relation to the distribution between the high luminance mode S1a and the low luminance mode S1b and the external illuminance P.
  • the external illuminance P shifts from high to low, it is the boundary external illuminance Pm that switches from the high luminance mode S1a to the low luminance mode S1b, but when the external illuminance P shifts from low to high, the low Switching from the luminance mode S1b to the high luminance mode S1a may be performed by the boundary external illuminance Pm ′.
  • a drive current-laser light intensity characteristic data table for a plurality of temperatures is stored in memory, and the temperature of each of the laser diodes 11r, 11g, and 11b is detected by a thermistor or the like.
  • a data table close to temperature may be read.
  • the current boundary value Im of the laser light source 11 can be adjusted to the temperature such as ImA, ImB, ImC, and ImD and accurately adjusted in order to display a display image with a desired display luminance.
  • a light source duty ratio-laser light intensity characteristic data table for a plurality of temperatures may be used.
  • FIG. 14 shows an example in which the applied voltage V of the liquid crystal cells 131r, 131g, and 131b is gradually changed at a rate of 5 steps per frame.
  • FIG. 14A shows the transition of the applied voltage V of the liquid crystal cells 131r, 131g, and 131b for each frame F, and the amount of change in the applied voltage V per frame is set to 5 Vth / 256.
  • 14 is continuously modulated until the transmittance Z of 14 reaches the target voltage value V2 for achieving the target transmittance Z2. After the next frame (30th frame in FIG.
  • FIG. 14B shows a transition of the transmittance Z of the laser light RGB of the polarizing plate 14 for each frame F when the applied voltage V is shifted as shown in FIG.
  • the applied voltage V is inverted between positive and negative for each frame so as not to cause a polarization phenomenon. To drive.
  • the applied voltage V is gradually changed.
  • the drive current I or the light source duty ratio Q is gradually changed to obtain a desired value. You may control so that it may become the laser beam intensity A.
  • the liquid crystal panel 13 is divided into three liquid crystal cells (polarization controllable regions) 131r, 131g, and 131b for the laser light RGB, and each cell is controlled. As shown in FIG. May be provided for each laser diode 11. In this way, by providing a liquid crystal panel independently for each laser diode, it is possible to suppress interference of light from other laser diodes and more reliably adjust the laser light intensity and white balance for each laser light source. it can.
  • the polarization control element 13 may be provided on the optical path of the combined laser beam C obtained by combining the laser beams RGB with the dichroic mirrors 15r, 15g, and 15b. With such a configuration, it is possible to share the polarization control element and the polarization unit in a plurality of laser light sources, and it is possible to provide a head-up display device with reduced cost compared to the above embodiment.
  • the laser diodes 11r, 11g, and 11b are driven for each subframe SF obtained by time-dividing one frame as shown in FIG.
  • the polarization angle may be adjusted for each laser diode 11r, 11g, 11b.
  • the head-up display device can be applied as, for example, a head-up display device that irradiates a windshield of an automobile or the like with display light indicating an image and visually recognizes it as a virtual image superimposed on the background.
  • Head-up display device (HUD device) 2 Vehicle 3 Windshield 4 Vehicle Driver 5 Vehicle ECU 10 Synthetic laser light generator 11 Laser light source (laser diode) 11r Red laser diode 11g Green laser diode 11b Red laser diode 12 Condensing optical system 12r Condensing lens 12g condenser lens 12b condenser lens 13 Polarization control element (liquid crystal panel) 131r Polarization controllable area (liquid crystal cell) 131g Polarization controllable area (liquid crystal cell) 131b Polarization controllable region (liquid crystal cell) 14 Polarizing part (polarizing plate) 15 Dichroic mirror 20 Scanning means (MEMS scanner) 30 Laser light detector (color sensor) 40 transmissive screen 50 reflecting portion 51 flat mirror 52 magnifying mirror 60 housing 61 window portion 70 external light detecting portion (light sensor) 80 Control Unit 81 Microcomputer 81a Display Brightness Adjustment Unit 81b Image Quality Correction Unit 82 Laser Light Control Unit 83 Polarization Control Unit 90 MEMS Driver R Red Laser Light G Green Laser Light B

Landscapes

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Abstract

　夜間の暗い環境下でも表示を眩しく感じないような低輝度の表示を安定的に実現し、さらに輝度変化が連続的で車両運転者に違和感を与えず、全表示輝度範囲でホワイトバランスも良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供する。　外光の照度を検出する外光強度検出部（７０）を備え、この外光強度検出部（７０）により測定された外光照度（Ｐ）に基づき表示する画像の表示輝度（Ｂ）を調整するヘッドアップディスプレイ装置（１）において、表示画像を所定の輝度より低い低輝度領域で表示する場合、偏光制御素子（１１）の偏光角度を制御し、偏光部（１４）におけるレーザー光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の透過率（Ｚ）を調整することにより、表示画像の表示輝度（Ｂ）を低く調整する表示輝度調整手段（８１ａ）を設ける。

Description

ヘッドアップディスプレイ装置
　本発明は、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置に関するものであり、特に、レーザー光源から出た光を光走査によって画像として表示するヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。
　車両の運転手が運転中に視線をほとんど動かさずに車両情報（速度、走行距離等）を読み取れるようにするため、フロントガラスの前方に情報を表示させるヘッドアップディスプレイ装置が、例えば特許文献１に提案されている。
　車両用のヘッドアップディスプレイ装置１は、図１に示すように車両２のダッシュボード内に配置されており、この車両用のヘッドアップディスプレイ装置１が投射する表示光Ｊはウインドシールド３により反射され、車両運転者３は虚像Ｘを風景と重畳させて視認させることができる。
　このような車両用ヘッドアップディスプレイ装置１では、半導体レーザーを光源としたものが提案されており、例えば特許文献２に開示されている。斯かるヘッドアップディスプレイ装置１は、半導体レーザーと走査系とスクリーンとを備え、半導体レーザーが出射したレーザー光を走査系でスクリーンに向け走査して表示画像を生成するものである。
特開平５－１９３４００号公報 特開平７－２７０７１１号公報
　ヘッドアップディスプレイ装置１では、運転手が昼間の明るい環境から夜間の暗い環境であっても、明瞭且つ、適切な輝度の表示を見ることができる必要がある。そのため、ヘッドアップディスプレイ装置１の外部の明るさ（外部照度）に合わせて表示画像の表示輝度を大きく変化させる必要がある。
　昼間の明るい環境下でも表示が見えるためにヘッドアップディスプレイ装置１の表示する表示画像の輝度は、最大輝度で数千～数万ｃｄ/ｍ２以上が要求され、夜間の暗い環境下では、表示の眩しさが運転の妨げにならないような最小輝度として数ｃｄ/ｍ２が要求される。 
　このような最小輝度を達成するためには、レーザーの光強度を低く制御する必要がある。具体的に、上記のような数ｃｄ/ｍ２の最小輝度を実現する場合、図４に示すように半導体レーザーがレーザー発振し始める駆動電流値である閾値電流値Ｉｔｈ時の光強度閾値Ａｔｈよりも低い光強度が必要である。
　しかしながら、レーザー光源を閾値電流値Ｉｔｈ未満で制御する場合、駆動電流－レーザー光強度特性が閾値電流値Ｉｔｈを境に変化するため、制御が複雑化する問題があった。また、閾値電流値Ｉｔｈ付近では、レーザーの光強度が不安定になり、表示品位に悪影響を及ぼすといった問題があった。
　そこで本発明は、前述の課題を鑑みて、レーザー光源を用いるヘッドアップディスプレイ装置において、夜間の暗い環境下でも表示を眩しく感じないような低輝度の表示を安定的に実現し、さらに輝度変化が連続的で車両運転者に違和感を与えず、全表示輝度範囲でホワイトバランスも良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。
　本発明は、前記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
　すなわち、本発明は、外光強度検出部により外光の照度を検出し、この外光の照度に基づき、表示の輝度を調整するヘッドアップディスプレイ装置において、表示画像を所定の輝度より低い低輝度領域で表示する場合、偏光制御素子の偏光角度を制御し、偏光部におけるレーザー光の透過率を調整することにより、表示画像の表示輝度を低く調整する表示輝度調整手段を設けたことを、その要旨とする。
　本発明は、前述した課題を解決するため、請求項１では、レーザー光を出射するレーザー光源と、前記レーザー光の光強度を制御するレーザー光制御部と、
前記レーザー光を偏光する偏光制御素子と、前記偏光制御素子における前記レーザー光の偏光角度を任意に制御する偏光制御部と、
特定の偏光成分を透過する偏光部と、
前記レーザー光源から出射したレーザー光の光路上に位置し、到達したレーザー光を走査し、所望の表示画像を投影する走査部と、
前記レーザー光の光強度を検出するレーザー光検出部と、
外光の照度を検出する外光検出部と、
前記外光検出部により測定された外部照度測定値に基づき、前記表示画像の表示される輝度目標値を算出し、前記表示画像が前記輝度目標値で表示されるように前記レーザー光制御部と前記偏光制御部とを制御する表示輝度調整手段と、
を備えるヘッドアップディスプレイ装置において、
前記表示輝度調整手段は、
前記外部照度測定値が所定の境界外部照度以上の場合、
前記偏光制御部を介し、前記偏光制御素子の偏光角度を前記レーザー光が前記偏光部にて減光されない偏光角度になるように制御し、
前記外部照度測定値が前記境界外部照度未満の場合、
前記偏光制御部を介し、前記偏光制御素子の偏光角度を前記レーザー光が前記偏光部にて減光される偏光角度になるように制御するものであり、
斯かる構成により、夜間の暗い環境下でも表示を眩しく感じない低輝度の表示を安定的に実現し、昼間の明るい環境や夜間の暗い環境等の幅広い照度環境下において、明瞭且つ、適切な輝度の表示を見ることができるヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
　また、請求項２では、レーザー光を出射するレーザー光源と、前記レーザー光の光強度を制御するレーザー光制御部と、
前記レーザー光を偏光する偏光制御素子と、前記偏光制御素子における前記レーザー光の偏光角度を任意に制御する偏光制御部と、
特定の偏光成分を透過する偏光部と、
前記レーザー光源から出射したレーザー光の光路上に位置し、到達したレーザー光を走査し、所望の表示画像を投影する走査部と、
前記レーザー光の光強度を検出するレーザー光検出部と、
外光の照度を検出する外光検出部と、
前記外光検出部により測定された外部照度測定値に基づき、前記表示画像の表示される輝度目標値を算出し、前記表示画像が前記輝度目標値で表示されるように前記レーザー光制御部と前記偏光制御部とを制御する表示輝度調整手段と、
を備えるヘッドアップディスプレイ装置において、
前記表示輝度調整手段は、
前記外部照度測定値が所定の境界外部照度以上の場合、
前記レーザー光制御部を介し、前記レーザー光源のレーザー光強度を制御することで、前記表示画像の輝度を前記輝度目標値に調整する高輝度制御モードと、
前記外部照度測定値が前記境界外部照度未満の場合、
前記偏光制御部を介し、前記偏光制御素子の偏光角度を制御することで、前記表示画像の輝度を前記輝度目標値に調整する低輝度制御モードとを備えるものであり、斯かる構成により、夜間の暗い環境下でも表示を眩しく感じない低輝度の表示を安定的に実現し、昼間の明るい環境や夜間の暗い環境等の幅広い照度環境下において、明瞭且つ、適切な輝度の表示を見ることができるヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
　また、請求項３では、前記表示画像のホワイトバランスの補正処理を行う画質補正手段をさらに備えてなるものであり、斯かる構成により、ホワイトバランスが良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
　また、請求項４では、前記画質補正手段は、前記レーザー光制御部を介し、前記レーザー光源の光強度を制御することで、前記表示画像のホワイトバランスを補正するものであり、斯かる構成により、ホワイトバランスが良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
　また、請求項５では、前記画質補正手段は、前記偏光制御部を介し、前記偏光制御素子の偏光角度を制御することで、前記表示画像のホワイトバランスを補正するものであり、斯かる構成により、ホワイトバランスが良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
　また、請求項６では、前記レーザー光源の駆動電流値は、前記レーザー光源の閾値電流値より大きい値に設定されるものであり、斯かる構成により、低輝度領域もしくは高輝度領域の全ての領域で、レーザー光源は、レーザー発振する閾値電流値以上で駆動され、容易に安定した光出力制御をすることができる。
　また、請求項７では、前記レーザー光制御部は、前記レーザー光源をＰＡＭ駆動またはＰＷＭ駆動により、緩やかに所望の光強度になるように制御するものである。
　また、請求項８では、前記偏光制御部は、前記偏光制御素子の印加電圧の大きさを緩やかに変化させるものであり、上記請求項７または請求項８の発明により、外部照度測定値に合わせた所望の表示輝度に調整する際の表示画像の輝度変化が連続的で車両運転者に違和感を与えないヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
　また、請求項９では、前記レーザー光源は、波長の異なる複数のレーザー光源を備えるものであり、斯かる構成のように波長の異なる複数のレーザー光源を用いることで、カラー表示をすることができる。
　また、請求項１０では、前記偏光制御素子は、独立して制御可能な複数の偏光制御可能領域を備えてなるものであり、斯かる構成により、ＲＧＢ等の異なる波長及びレーザー光源の個体差による偏光制御素子の偏光度や可視光線透過率を考慮し、レーザー光源毎に偏光制御素子の偏光角度を制御し、偏光部の透過率を調整することで、所望のホワイトバランスの調整を行うことができる。
　また、請求項１１では、前記偏光制御素子と前記偏光部は、前記複数のレーザー光源の各々に対して備えられているものであり、斯かる構成により、請求項８の発明に対して、より確実にレーザー光源毎のレーザー光強度やホワイトバランスの調整を行うことができる。
　また、請求項１２では、前記偏光制御素子と前記偏光部は、前記波長の異なる複数のレーザー光源から発せられたレーザー光が合成された合成レーザー光の光路上に備えられてなるものであり、斯かる構成により、複数のレーザー光源において、偏光制御素子と偏光部とを共有化でき、請求項１０，１１の発明に対し、コストを低く抑えたヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
　また、請求項１３では、前記合成レーザー光は、フレームを時間分割したサブフレーム毎に波長の異なるレーザー光源を発光させてなるものであり、前記偏光制御部は、前記サブフレーム毎に、前記偏光制御素子の偏光角度を制御するものであり、斯かる構成により、複数のレーザー光源で偏光制御素子と偏光部とを共有化し、コストを低く抑えつつも、ＲＧＢ等の異なる波長及びレーザー光源の個体差による偏光制御素子の偏光度や可視光線透過率を考慮し、レーザー光源毎に偏光制御素子の偏光角度を制御し、偏光部の透過率を調整することで、ホワイトバランスが良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
　本発明は、レーザー光源を用いるヘッドアップディスプレイ装置において、夜間の暗い環境下でも表示を眩しく感じなような低輝度の表示を安定的に実現し、さらに輝度変化が連続的で車両運転者に違和感を与えず、全表示輝度範囲でホワイトバランスも良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供する。
ヘッドアップディスプレイ装置を示す概観図である。 本発明に係るＨＵＤ装置の構成図である。 合成レーザー光発生装置の構成図である。 レーザー光源の駆動電流－レーザー光強度特性特性図である。 偏光制御素子における偏光について説明する図であり、（ａ）レーザー光ＲＧＢが透過されない場合と、（ｂ）レーザー光ＲＧＢが透過される場合とを示した図である。 走査部により投影された表示画像の説明図である。 本発明に係る制御系統のブロック図である。 上記発明に係る制御部における低輝度モード／高輝度モードの振り分けフロー図である。 上記発明に係る高輝度モードにおける表示画像の表示輝度・ホワイトバランス調整のフロー図である。 上記発明に係る外部照度Ｐから目標電流値、目標光源デューティー比、目標電圧を算出するための特性テーブル例であり、（ａ）は外部照度－表示輝度のデータテーブルＯ１の例であり、（ｂ）は表示輝度－レーザー光強度のデータテーブルＯ２の例であり、（ｃ）は駆動電流－レーザー光強度のデータテーブルＯ３の例であり、（ｄ）は光源デューティー比－レーザー光強度のデータテーブルＯ４の例であり、（ｅ）は表示輝度－透過率のデータテーブルＯ５の例であり、（ｆ）は印加電圧－透過率のデータテーブルＯ６の例である。 上記発明に係る低輝度モードにおける表示画像の表示輝度・ホワイトバランス調整のフロー図である。 上記発明に係る外部照度の変化に基づく高輝度モード・低輝度モードとの切り替わりにおけるヒステリシスを表した図である。 上記発明に係るレーザー光源の温度特性を示した図であり、（ａ）は駆動電流－レーザー光強度の温度特性を表す図であり、（ｂ）は光源デューティー比－レーザー光強度の温度特性を表す図である。 本発明の第二実施形態におけるフレーム毎の偏光制御素子の印加電圧、透過率の推移を表した図であり、（ａ）はフレーム毎の印加電圧の推移を表す図であり、（ｂ）はフレーム毎の偏光部の透過率の推移を表す図であり、（ｃ）はフレーム毎に印加電圧を反転させた際のフレーム毎の印加電圧の推移を表す図である。 本発明の第三実施形態における合成レーザー光発生装置の構成図である。 本発明の第四実施形態における合成レーザー光発生装置の構成図である。 本発明の第五実施形態における偏光制御素子とレーザー光源の印加電圧の波形図である。
　以下、添付の図面に基づいて、本発明をヘッドアップディスプレイ装置に適用した一実施形態について説明する。
（ＨＵＤ装置の構造）
　本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ装置）１を、図面を参照して説明する。
　本実施形態に係るＨＵＤ装置１は、図１に示すように、車両２のダッシュボード内に設けられ、生成した表示画像Ｄ（図２，６参照）を表す表示光Ｊをウインドシールド３で反射させることにより、車両運転者４に車両情報を表す表示画像Ｄの虚像Ｘを視認させる装置である。これにより、車両運転者４は、運転中に前方から視線を逸らさずに車両情報を視認できる。
　図２は、本発明に係るＨＵＤ装置１の構成図であり、ＨＵＤ装置１は、合成レーザー光発生装置１０と、ＭＥＭＳスキャナ２０と、カラーセンサ３０と、透過スクリーン４０と、反射部５０と、ハウジング６０と、ライトセンサ７０と、ＨＵＤ装置１の電気的な制御を行う制御部８０と、を備える。
　合成レーザー光発生装置１０は、ＲＧＢの三原色のレーザー光を合波して１本の合成レーザー光Ｃを出射する装置であり、図３に示すように、レーザーダイオード（レーザー光源）１１と、集光光学系１２と、液晶パネル（偏光制御素子）１３と、偏光板（偏光部）１４と、ダイクロイックミラー１５と、を備える。
　レーザーダイオード１１は、半導体レーザー（Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）であり、赤色のレーザー光Ｒを発するレーザーダイオード１１ｒ，と、緑色のレーザー光Ｇを発する緑色レーザーダイオード１１ｇと、青色のレーザー光Ｂを発する青色レーザーダイオード１１ｂと、から構成されている。
　一般的に半導体レーザーの電流－光強度特性は、図４に示すように、閾値電流値Ｉｔｈ以上と閾値電流値Ｉｔｈ未満の各領域において、特性が異なっている。閾値電流値Ｉｔｈ以上では誘導放出によるレーザー光が発振されるが、閾値電流値Ｉｔｈ未満では自然放出による非レーザー光が出射される。
　閾値電流値Ｉｔｈを境にして電流－光強度特性が異なることから、レーザー光強度Ａを、閾値電流値Ｉｔｈをまたぐように制御する場合、制御方法が複雑になるなどの問題が生じる。
　レーザーダイオード１１ｒ，１１ｇ，１１ｂは、後述するレーザー光制御部８２からの駆動データに基づき、集光光学系１２の方向へレーザー光ＲＧＢをそれぞれ出射する。
　集光光学系１２は、レーザーダイオード１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々に対応する集光レンズ１２ｒ，１２ｇ，１２ｂを備える。
　集光レンズ１２ｒは、レーザーダイオード１１ｒ，が出射するレーザー光Ｒの光路上に配置され、レーザー光Ｒを収束光にする。集光レンズ１２ｇと緑色レーザーダイオード１１ｇ、集光レンズ１２ｂと青色レーザーダイオード１１ｂの対応関係についても同様である。
　液晶パネル（偏光制御素子）１３は、後述する偏光制御部８３からの制御データに基づき、印加電圧が制御され、レーザー光ＲＧＢの偏光角度を任意に変化させる。
　液晶パネル１３は、各波長のレーザー光ＲＧＢに対応する液晶セル（偏光制御可能領域）１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂを有しており、液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂは各々独立に制御することが可能である。
　斯かる構成により、ＲＧＢ等の異なる波長及びレーザーダイオード１１の個体差による偏光制御素子１３の偏光度や可視光線透過率を考慮し、レーザーダイオード１１毎に偏光制御素子１３の偏光角度を制御することができる。
　また、本実施例において制御液晶パネル１３は、例えば、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶を用いる。以下、液晶パネル１３をＴＮ液晶と仮定して説明する。
　偏光板（偏光部）１４は、レーザー光ＲＧＢが液晶パネル１３透過後の光路上に配置され、特定の偏光角度の光のみを透過させ、それ以外は反射、あるいは吸収する。偏光板１４の透過軸の向きは、ウインドシールド３の反射率の偏光依存性を考慮して決定される。また、本実施例において偏光板１４は液晶パネル１３密着するように配置されているが、密着しないように配置してもよい。
　これより、図５を用いて、液晶パネル（偏光制御素子）１３と偏光板（偏光部）１４によるレーザー光ＲＧＢの偏光について説明する。
　図５は、液晶パネル１３と偏光板１４とを介し、レーザー光ＲＧＢが（ａ）透過されない場合と、（ｂ）透過される場合とを表した図である。
（レーザー光不透過時）
　図６（ａ）に示すように、レーザー光ＲＧＢの偏光角度は、液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂ入射時と同様の偏光角度を維持したまま液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂを出射する。
　出射したレーザー光ＲＧＢは、偏光板１４に入射するが、このとき、レーザー光ＲＧＢの偏光角度は、偏光板１４の透過軸に対し直交した状態のため、レーザー光ＲＧＢは、偏光板１４を透過できない。即ち、液晶パネル１３と偏光板１４との組み合わせによって、レーザー光ＲＧＢの光強度は著しく低下する。
　上記のように液晶パネル１３を透過したレーザー光ＲＧＢの偏光角度が変化しないのは、液晶パネル１３に電圧を印加し、液晶分子が完全に立ち上がった状態の場合である。
（レーザー光透過時）
　一方、図６（ｂ）に示すように、レーザー光ＲＧＢの偏光角度は、液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂ入射時に対して９０°回転し液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂを出射する。
　出射したレーザー光ＲＧＢは、偏光板１４に入射するが、このとき、レーザー光ＲＧＢの偏光角度は、偏光板１４の透過軸と一致するため、減光されることなく偏光板１４を出射する。
　上記のように液晶パネル１３を透過したレーザー光ＲＧＢの偏光角度が９０°回転するのは、液晶パネル１３に電圧を印加していない、もしくは液晶分子の配列が変化しない程度の低電圧を印加した場合である。
　図６において、液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂによる偏光角度を同様にしているが、液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂはそれぞれ独立して偏光角度を制御できる。
　上記の例は、液晶パネル１３を出射したレーザー光が完全に透過あるいは遮断される場合であるが、実際にはこの限りではない。
　液晶パネル１３の印加電圧の大きさＶを制御することで、レーザー光の偏光角度を０～９０°の範囲で任意に制御でき、偏光部１４におけるレーザー光の透過率Ｚを制御する。これにより、偏光板１４を出射するレーザー光強度Ａを任意に決定できる。（印加電圧の大きさＶを制御した際の偏光部１４の透過率Ｚの推移を図１０（ｆ）に表す。）
　また、本実施例では、液晶パネル１３の印加電圧ＶをＯＦＦ状態で使用した際にレーザー光が透過し、ＯＮ状態で使用した際にレーザー光が遮光されるＮｏｒｍａｌｌｙ　Ｗｈｉｔｅの液晶を例に説明したが、Ｎｏｒｍａｌｌｙ　Ｂｌａｃｋ液晶でもよい。
　再び、図３を参照すると、ダイクロイックミラー１５は、誘電体の多層膜等の薄膜が鏡面に形成された鏡で構成され、レーザー光ＲＧＢのそれぞれの光路上に配置されたダイクロイックミラー１５ｒ、１５ｇ、１５ｂで構成される。レーザーダイオード１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々が出射したレーザー光ＲＧＢを反射又は透過させ、レーザー光ＲＧＢを１本のレーザー光に合波する。
　具体的に説明すると、ダイクロイックミラー１５ｒは、集光レンズ１２ｒからのレーザー光Ｒの進行方向に位置し、光の進行方向に対して所定の角度をもって配設される。これにより、レーザー光Ｒを反射する。
　また、ダイクロイックミラー１５ｇは、集光レンズ１２ｇとダイクロイックミラー１５ｒからの光の進行方向に位置し、各々の光の進行方向に対して所定の角度をもって配設される。これにより、レーザー光Ｒを透過し、レーザー光Ｇを反射する。即ち、ダイクロイックミラー１５ｇは、レーザー光ＲとＧを合波する。
　また、ダイクロイックミラー１５ｂは、集光レンズ１２ｂとダイクロイックミラー１５ｇからの光の進行方向に位置し、各々の光の進行方向に対して所定の角度をもって配設される。これにより、合波されたレーザー光Ｒ，Ｇを透過し、レーザー光Ｂを反射する。即ち、ダイクロイックミラー１５ｂは、レーザー光Ｒ，Ｇとレーザー光Ｂをさらに合波する。
　このように、レーザー光ＲＧＢは１本の合成レーザー光Ｃに合波される。なお、レーザーダイオード１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの各々が調整して配設されることにより、合波されたレーザー光ＲＧＢの各々の偏光角度は一致しており、ウインドシールド３の反射率の偏光依存性を考慮して決定される。合波された合成レーザー光Ｃは合成レーザー光発生装置１０を出射し、ＭＥＭＳスキャナ２０へ向かう。
　図６は、スクリーン４０をＭＥＭＳスキャナ２０側から見た説明図であり、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ）スキャナ２０は、合成レーザー光発生装置１０が出射した合成レーザー光Ｃを走査して、透過スクリーン４０に表示画像Ｄを生成する。
　ＭＥＭＳスキャナ２０で描画される表示画像Ｄは一般的に、走査可能範囲Ｅｎよりも小さくなる。特に、水平方向では、共振で反射面を振らせることになるため、走査の往復の切り替わりポイント付近では反射面の動作速度が遅くなる、あるいは完全に停止し、表示画像Ｄに歪みが生じたり、解像度の低下を生じたりする。よって、走査の往復の切り替わりポイント付近は、表示エリアＥｐとして使用しない。
　カラーセンサ３０は、レーザー光ＲＧＢそれぞれのレーザー光強度Ａを検出し、レーザー光強度Ａのアナログデータをマイコン８１に出力する。カラーセンサ３０は、透過スクリーン４０の下面の走査可能範囲Ｅｎ且つ表示エリアＥｐ外の非表示エリアにカラーセンサ３０を配置され、これにより表示画像Ｄに影響を及ぼすことなく、レーザー光ＲＧＢのレーザー光強度Ａが検出可能である。
　また、本実施形態では、カラーセンサ３０は、透過スクリーン４０の下面に設置されているが、設置場所は任意である。
　透過スクリーン４０は、拡散板、ホログラフィックディフューザ、マイクロレンズアレイ等から構成され、ＭＥＭＳスキャナ２０で走査されたレーザー光ＲＧＢを下面で受光して上面に表示画像Ｄを表示する。
　反射部５０は、透過スクリーン４０の上面に表示された表示画像Ｄが、所望の位置に、所望の大きさで、虚像Ｘとして結ばれるように、透過スクリーン４０とウインドシールド３の光路間に設けられる光学系である。
　本実施形態では、反射部５０は、平面ミラー５１と拡大ミラー５２の２枚の鏡から構成されるが、その構成は任意である。
　平面ミラー５１は、平面状の全反射ミラー等であり、透過スクリーン４０を透過した表示光Ｊを受ける位置に配置され、表示光Ｊを拡大ミラー５２に向かって反射させる。
　拡大ミラー５２は、凹面鏡等であり、平面ミラー５１で反射された表示光Ｊを凹面で反射させることで、表示光Ｊをウインドシールド３に向かって出射する。これにより、結ばれる虚像Ｘの大きさは、表示画像Ｄが拡大された大きさのものになる。
　ハウジング６０は、硬質樹脂等から箱状に形成され、上方に所定の大きさの窓部６１を備え、上記の各部１０～５０を所定の位置に収納する。
　窓部６１は、アクリル等の透光性樹脂から湾曲形状に形成されており、ハウジング６０の開口部に溶着等により取り付けられる。また、窓部６１は、拡大ミラー５２で反射された光を透過させる。また窓部６１は、その下面に、後述するライトセンサ７０を備える。
　本実施形態では、ライトセンサ７０は、窓部６１の下面に設置されているが、設置場所は、外部照度測定値が所定値以上検出可能な範囲であれば任意である。
　次に、図７を参照して、ＨＵＤ装置１が有する制御系統について説明する。
（ＨＵＤ装置の制御系統）
　図７は、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置のブロック図である。
　本発明におけるＨＵＤ装置１の制御系統は、合成レーザー光発生装置１０と、ＭＥＭＳスキャナ２０と、カラーセンサ３０と、ライトセンサ７０と、制御部８０と、から構成されている。
　カラーセンサ３０は、レーザー光ＲＧＢそれぞれのレーザー光強度Ａを検出し、レーザー光強度Ａのアナログデータである光強度測定値Ｍを制御部８０に出力する。
　ライトセンサ７０は、ＨＵＤ装置１の外部照度Ｐを検出し、照度のアナログデータである外部照度測定値Ｐ１を制御部８０に出力する。
　制御部８０は、マイコン８１と、レーザー光制御部８２と、偏光制御部８３と、ＭＥＭＳドライバ９０と、を備える。
　マイコン８１は、車両ＥＣＵ５から表示画像Ｄを表示するための画像データをＬＶＤＳ（Ｌｏｗ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｓｉｇｎａｌ）通信等によって供給され、この画像データに従い、レーザー光制御部８２を介してレーザーダイオード１１を制御し、さらにＭＥＭＳドライバ９０を介してＭＥＭＳスキャナ２０を制御することにより、所望の表示画像Ｄを透過スクリーン４０に投影させる。
　また、マイコン８１は、ＭＥＭＳスキャナ２０の同期信号から合成レーザー光Ｃの走査位置を特定し、あらかじめ設置されているカラーセンサ３０の位置情報をメモリしておき、カラーセンサ３０の位置と走査位置が重なったタイミングでレーザー光制御部８２を介してレーザーダイオード１１ｒ，１１ｇ，１１ｂを駆動する。
　また、マイコン８１は、表示画像Ｄの表示輝度Ｂを調整する表示輝度調整手段８１ａと、表示画像Ｄのホワイトバランスを調整する画質補正手段８１ｂと、を備える。
　表示輝度調整手段８１ａは、ライトセンサ７０から出力された外部照度測定値Ｐ１から適した表示画像の輝度である輝度目標値Ｂ１を算出し、その算出結果に基づき、レーザー光制御部８２を介しレーザーダイオード１１のレーザー光強度Ａを制御するまたは、算出された輝度目標値Ｂ１に基づき、偏光制御部８３を介し液晶パネル１３の偏光角度を調整し、偏光板１４の透過率Ｚを制御することにより、表示画像Ｄの表示輝度Ｂを調整する。
　画質補正手段８１ｂは、カラーセンサ３０から出力されたレーザー光ＲＧＢのそれぞれの光強度測定値Ｍｒ、Ｍｇ，Ｍｂをもとに所望のホワイトバランスになるように、レーザーダイオード１１ｒ，１１ｇ，１１ｂそれぞれのレーザー光強度Ａを調整する。
　または、画質補正手段８１ｂは、液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂそれぞれの偏光角度を調整し、偏光板１４の透過率Ｚを制御することにより、表示画像Ｄのホワイトバランスの補正を行う。
　レーザー光制御部８２は、マイコン８１からのレーザー光源制御データに基づき、レーザーダイオード１１を駆動する。
　偏光制御部８３は、マイコン８１からの偏光制御データに基づき、液晶パネル１３を駆動する。
　次に、ＨＵＤ装置１が表示する表示画像Ｄを高輝度領域ＬＨで表示させる場合と、低輝度領域ＬＬで表示させる場合の表示輝度調整部８１ａによる表示輝度Ｂの調整方法について図８乃至１１を用いて説明する。
　まず、図８に示すように、ステップＳ０では、ライトセンサ７０は、ＨＵＤ装置１の外部の照度である外部照度Ｐを測定し、測定データをマイコン８１へ出力する。
　ステップＳ１において、表示輝度調整手段８１ａは、ライトセンサ７０が検出する外部照度Ｐが、メモリされている所定の境界外部照度Ｐｍ以上となった場合、高輝度モード（Ｓ１ａ）へ推移し、境界外部照度Ｐｍ未満となった場合、低輝度モード（Ｓ１ｂ）へ推移する。
　境界外部照度Ｐｍは、あらかじめ定められた境界電流値Ｉｍから算出される値であり、レーザーダイオード１１ｒ，緑色レーザーダイオード１１ｇ，青色レーザーダイオード１１ｂのいずれかがレーザー発振しなくなる閾値電流値Ｉｔｈを基準に算出される外部照度閾値Ｐｔｈ以上の値である。
（高輝度領域）
　高輝度モードＳ１ａは、図９のフロー図に沿って行われる。外部照度Ｐの測定データを外部照度測定値Ｐ１として、以下の説明を行う。
　ステップＳ２において、表示輝度調整手段８１ａは、図１０（ａ）に示すようにマイコン８１にメモリされた外部照度－表示輝度テーブルＯ１に基づき、入力した外部照度測定値Ｐ１に適した表示画像の輝度である輝度目標値Ｂ１を算出し、
　次に、図１０（ｂ）に示すように表示輝度－レーザー光強度データテーブルＯ２に基づき、輝度目標値Ｂ１に応じたレーザー光源１１の光強度目標値Ａ１を算出する。
　ステップＳ３において、表示輝度調整手段８１ａは、マイコン８１にメモリされている
（１）駆動電流－レーザー光強度特性データテーブルＯ３（図１０（ｃ））に基づき、光強度目標値Ａ１に応じたレーザー光源１１の目標電流値Ｉ１を算出する。または、
（２）光源デューティー比－レーザー光強度特性データテーブルＯ４（図１０（ｄ））に基づき、上記で算出された光強度目標値Ａ１に応じたレーザー光源１１の目標光源デューティー比Ｑ１を算出する。
　ステップＳ４において、表示輝度調整手段８１ａは、レーザー光制御部８２を介し、それぞれのレーザー光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂを（１）上記で算出された目標電流値Ｉ１に基づいてＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御する。（２）または、上記で算出された目標光源デューティー比Ｚ１に基づいてＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御する。
　このようにして駆動されたそれぞれのレーザー光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂのレーザー光ＲＧＢは合成され、合成レーザー光発生装置１０から合成レーザー光Ｃが出射し、この合成レーザー光Ｃは走査部２０により走査され、スクリーン４０側に投射される。
　ステップＳ５において、カラーセンサ３０は、レーザー光ＲＧＢそれぞれの光強度である光強度測定値Ｍを測定し、この光強度測定値Ｍはアナログデータとしてマイコン８１へ出力される。
　ステップＳ６において、表示輝度調整手段８１ａは、外部照度測定値Ｐ１に基づき算出された光強度目標値Ａ１と、カラーセンサ３０により測定された合成レーザー光Ｃの光強度の実測値である光強度測定値Ｍとを比較する。
　ステップＳ７において、上記のステップＳ６で比較された結果、光強度目標値Ａ１と、光強度測定値Ｍとに差異がある場合、光強度測定値Ｍが光強度目標値Ａ１に略一致するようにレーザー光源１１の目標電流値Ｉ１または目標光源デューティー比Ｑ１を調整する。
　ステップＳ８において、画質補正手段８４は、レーザー光ＲＧＢのそれぞれの光強度測定値Ｍをもとに、表示画像Ｄが所望のホワイトバランスになるように、レーザーダイオード１１ｒ，１１ｇ，１１ｂそれぞれのレーザー光強度Ａを調整することでホワイトバランスの補正を行う。
　ステップＳ９において、光強度測定値Ｍが光強度目標値Ａ１に近づくように、フィードバック制御（ステップＳ４乃至Ｓ９）を繰り返す。
　上記の制御方法を具体的に、表示画像Ｄのフレームレートが６０ｆｐｓ（１秒間に処理されるフレームが６０回）の場合を想定して説明すると、
　１フレーム目において、表示輝度調整手段８１ａは、ライトセンサ７０により測定された外部照度測定値Ｐ１より算出された光強度目標値Ａ１になるように、目標電流値Ｉ１もしくは目標光源デューティー比Ｑ１を算出する。（ステップＳ０、Ｓ２、Ｓ３）
　これら目標電流値Ｉ１もしくは目標光源デューティー比Ｑ１でレーザー光源１１を駆動し、カラーセンサ３０により測定された光強度測定値Ｍと光強度目標値Ａ１が略一致するように、ホワイトバランスを考慮しつつ、前記目標電流値Ｉ１または目標光源デューティー比Ｑ１を調整するフィードバック制御を行う。（ステップＳ４乃至Ｓ８）
　２フレーム目において、上記１フレーム目で調整された目標電流値Ｉ１または目標光源デューティー比Ｑ１でレーザー光源１１を駆動し、走査部２０にて走査し、２フレーム目の表示画像Ｄを投射し、カラーセンサ３０により測定された光強度測定値Ｍと光強度目標値Ａ１が略一致するように、レーザー光源１１の目標電流値Ｉ１または目標光源デューティー比Ｑ１を再び調整するフィードバック制御を行う。（ステップＳ４乃至Ｓ８）
　６０フレーム目まで、２フレーム目と同様に、カラーセンサ３０に測定された光強度測定値Ｍと光強度目標値Ａ１が略一致するように、レーザー光源１１の目標電流値Ｉ１または目標光源デューティー比Ｑ１を調整するフィードバック制御（ステップＳ４乃至Ｓ８）を繰り返す。
　６１フレーム目は、再び1フレーム目と同様にライトセンサ７０により測定された外部照度測定値Ｐ１に基づき、光強度目標値Ａ１を再度算出し、この算出された光強度目標値Ａ１に応じた目標電流値Ｉ１または目標光源デューティー比Ｑ１を算出する。
以下同様に、ステップＳ４乃至Ｓ８のフィードバック制御を繰り返す。
　また、上記の実施形態のようにフィードバック制御（ステップＳ４乃至Ｓ８）を１フレーム毎に行うのではなく、具体的に例えば1フレーム目～５フレーム目までのみフィードバック制御を行ってもよい。この場合、６フレーム目から６０フレーム目までは、５フレーム目のフィードバック結果を反映したレーザーダイオード１１ｒ，緑色レーザーダイオード１１ｇ，青色レーザーダイオード１１ｂの目標電流値Ｉ１で駆動し続ける。斯かる構成のように、頻繁にフィードバック制御を行わないことで、制御を簡素化することができる。
　上記制御方法は本発明における一実施例であり、外部照度Ｐの読み込みタイミングやフィードバック制御の回数等は任意に決定してよい。
（低輝度領域）
　低輝度モードＳ１ｂは、図１１のフロー図に沿って行われる。外部照度Ｐの測定データを外部照度測定値Ｐ２として、以下の説明を行う。
　ステップＳ１１において、表示輝度調整手段８１ａは、図１０（ａ）に示すようにマイコン８１にメモリされた外部照度－表示輝度テーブルＯ１に基づき、入力した外部照度測定値Ｐ２に適した表示画像の輝度である輝度目標値Ｂ２を算出し、図１０（ｂ）に示すように表示輝度－レーザー光強度データテーブルＯ２に基づき、輝度目標値Ｂ２に応じたレーザー光源１１の光強度目標値Ａ２を算出する。
　ステップＳ１２において、表示輝度調整手段８１ａは、レーザー光源１１の駆動条件を、あらかじめ定められた境界電流値Ｉｍまたは境界光源デューティー比Ｑｍに設定する。
　ステップＳ１３において、表示輝度調整手段８１ａは、あらかじめメモリされている図１０（ｅ）の表示輝度－透過率特性データテーブルＯ４に基づき、上記で算出された光強度目標値Ａ２に応じた偏光板１４におけるレーザー光ＲＧＢの目標透過率Ｚ２を算出し、印加電圧－透過率特性データテーブルＯ６（図１０（ｆ））に基づき、上記で算出された目標透過率Ｚ２に応じた偏光制御可能領域１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂそれぞれの目標電圧Ｖ２を算出する。
　ステップＳ１４において、表示輝度調整手段８１ａは、レーザー光源１１を上記の境界電流値Ｉｍまたは境界光源デューティー比Ｑｍで駆動する。偏光制御可能領域１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂは、上記の目標電圧Ｖ２で駆動され、レーザー光ＲＧＢを所望の偏光角度に偏光し、これらの偏光されたレーザー光ＲＧＢは偏光板１４にて所望の光強度目標値Ａ２まで減光される。これらの減光されたレーザー光ＲＧＢは合成され、合成レーザー光発生装置１０から合成レーザー光Ｃが出力され、出力された合成レーザー光Ｃは走査部２０により走査され、スクリーン４０側に投射される。
　ステップＳ１５において、カラーセンサ３０はレーザー光ＲＧＢそれぞれの光強度である光強度測定値Ｍを測定し、この光強度測定値Ｍはアナログデータとしてマイコン８１へ出力される。
　ステップＳ１６において、表示輝度調整手段８１ａは、外部照度測定値Ｐ２に基づき算出された光強度目標値Ａ２と、カラーセンサ３０により測定された合成レーザー光Ｃの光強度の実測値である光強度測定値Ｍとを比較する。
　ステップＳ１７において、上記のステップＳ１６で比較された結果、光強度目標値Ａ２と、光強度測定値Ｍとに差異がある場合、光強度測定値Ｍが光強度目標値Ａ２に略一致するように液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂの目標電圧Ｖ２を調整する。
　ステップＳ１８において、画質補正手段８１ｂは、液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂそれぞれの目標電圧Ｖ２を補正する、またはレーザー光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂそれぞれの境界電流値Ｉｍまたは境界光源デューティー比Ｑｍを補正する、またはその双方によりホワイトバランスの補正処理を行う。
　ステップＳ１９において、光強度測定値Ｍが光強度目標値Ａ２に近づくように、フィードバック制御（ステップＳ１４乃至Ｓ１９）を繰り返す
　斯かる構成により、境界外部照度Ｐｍを境に表示輝度Ｂの調整方法を切り替えることで、レーザー光源１１の制御が安定する閾値電流値Ｉｔｈ以上で駆動しつつも、外部照度Ｐに応じた幅広い表示輝度で表示画像を表示することが可能であり、全表示輝度範囲でホワイトバランスも良好なヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
　本実施例ではレーザー光強度Ａの検出にカラーセンサ３０を用いたが、フォトダイオードを用いても良い。この場合、フォトダイオード上を合成レーザー光Ｃが走査する際にフレーム毎にフォトダイオード上を走査するレーザー光ＲＧＢを切り替えることで、レーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの光強度測定値Ｍを検出することが可能である。
　また、図１２に示すように、高輝度モードＳ１ａと低輝度モードＳ１ｂとの振り分けと外部照度Ｐの関係でヒステリシスを持たせてもよい。外部照度Ｐが高い方から低い方へ移った場合、高輝度モードＳ１ａから低輝度モードＳ１ｂへ切り替わるのは境界外部照度Ｐｍであるが、外部照度Ｐが低い方から高い方へ移った場合、低輝度モードＳ１ｂから高輝度モードＳ１ａへ切り替わるのは境界外部照度Ｐｍ‘としてもよい。斯かる構成により、外部照度Ｐが境界外部照度Ｐｍ付近で振れる場合において、高輝度モードＳ１ａと低輝度モードＳ１ｂとの切り替わりが煩雑になるのを防ぐことができる。
　また、図１３（ａ）に示すように、複数の温度に対する駆動電流－レーザー光強度特性データテーブルをメモリしておき、レーザーダイオード１１ｒ，１１ｇ，１１ｂそれぞれの温度をサーミスタ等で検出し、検出した温度に近いデータテーブルを読み出してもよい。斯かる構成により、所望の表示輝度で表示画像を表示するためにレーザー光源１１の電流境界値ＩｍをＩｍＡ，ＩｍＢ，ＩｍＣ，ＩｍＤのように温度に合わせ、精度良く調整することができる。
　また、図１３（ｂ）に示すように、複数の温度に対する光源デューティー比－レーザー光強度特性データテーブルを用いてもよい。
　以下、本実施形態の変形例について、図１４乃至図１７を参照して説明する。
（第二実施形態）
　図１４は、液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂの印加電圧Ｖを1フレーム辺りに５ステップの割合で緩やかに変化させた例である。図１４（ａ）は、各フレームＦ毎の液晶セル１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂの印加電圧Ｖの推移を表しており、１フレームあたりの印加電圧Ｖの変化量を５Ｖｔｈ／２５６に設定し、偏光板１４の透過率Ｚが、目標透過率Ｚ２になるための目標電圧値Ｖ２になるまで、連続的に変調する。目標電圧値Ｖ２に達した次のフレーム（図１４の３０フレーム目）以降で、カラーセンサ３０に入力されるレーザーダイオード１１の光強度測定値Ｍを測定し、フィードバック制御を行い、目標電圧値Ｖ２を修正する。
　図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のように印加電圧Ｖを推移させた場合のフレームＦ毎の偏光板１４のレーザー光ＲＧＢの透過率Ｚの推移を表している。本実施例のように偏光制御素子１３として液晶パネルを用いた場合、分極現象が起こらないように、図１４（ｃ）に表すように、各フレーム毎に印加電圧Ｖを正負反転し、交流的に駆動する。
　上記第二実施形態では、印加電圧Ｖを緩やかに変化させる例であったが、レーザー光源１１をＰＡＭ制御またはＰＷＭ制御することにより、駆動電流Ｉまたは光源デューティー比Ｑを緩やかに変化させ、所望のレーザー光強度Ａになるように制御してもよい。
　斯かる構成により、複数のステップで段階的に変化させると、運転手にとって違和感を生むような、急激な輝度変化を生じない。
（第三実施形態）
　本実施例では、液晶パネル１３をレーザー光ＲＧＢ用に３つの液晶セル（偏光制御可能領域）１３１ｒ，１３１ｇ，１３１ｂに分割し、各々のセルを制御したが、図１５のように、液晶パネル１３をレーザーダイオード１１毎に設けてもよい。このように、レーザーダイオード毎に液晶パネルを独立して設けることにより、他のレーザーダイオードからの光の干渉を抑制し、より確実にレーザー光源毎のレーザー光強度やホワイトバランスの調整を行うことができる。
（第四実施形態）
　また、図１６に示すように、レーザー光ＲＧＢをダイクロイックミラー１５ｒ，１５ｇ，１５ｂで合成した合成レーザー光Ｃの光路上に偏光制御素子１３を設ける構成としてもよい。斯かる構成により、複数のレーザー光源において、偏光制御素子と偏光部とを共有化でき、上記実施形態に対し、コストを低く抑えたヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
（第五実施形態）
　また、上記第四実施形態のＨＵＤ装置１の構成において、図１７に示すように１フレームを時間分割したサブフレームＳＦ毎にレーザーダイオード１１ｒ，１１ｇ，１１ｂをそれぞれ駆動し、偏光制御素子は、入射してくるレーザーダイオード１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ毎に偏光角度を調整するような構成にしてもよい。
　斯かる構成により、複数のレーザー光源に対し、１つの液晶制御素子を用い、レーザー光源の波長ごとまたは個体誤差に応じて偏光角度を調整することで、外部照度に適した表示輝度で画像表示でき、良好なホワイトバランスの制御をしつつも、コストを抑えたＨＵＤ装置を提供することができる。
　本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、例えば、自動車などのウインドシールドに画像を示す表示光を照射し、虚像として背景と重畳して視認させるヘッドアップディスプレイ装置として適用できる。
　　　１　　ヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ装置）
　　　２　　車両
　　　３　　ウインドシールド
　　　４　　車両運転者
　　　５　　車両ＥＣＵ
　　１０　　合成レーザー光発生装置
　　１１　　レーザー光源（レーザーダイオード）
　　１１ｒ　赤色レーザーダイオード
　　１１ｇ　緑色レーザーダイオード
　　１１ｂ　赤色レーザーダイオード
　　１２　　集光光学系
１２ｒ　集光レンズ 
１２ｇ　集光レンズ 
１２ｂ　集光レンズ 
　　１３　　偏光制御素子（液晶パネル）
１３１ｒ　偏光制御可能領域（液晶セル） 
１３１ｇ　偏光制御可能領域（液晶セル） 
１３１ｂ　偏光制御可能領域（液晶セル） 
　　１４　　偏光部（偏光板）
　　１５　　ダイクロイックミラー
　　２０　　走査手段（ＭＥＭＳスキャナ）
　　３０　　レーザー光検出部（カラーセンサ）
　　４０　　透過スクリーン
　　５０　　反射部
　　５１　　平面ミラー
　　５２　　拡大ミラー
　　６０　　ハウジング
　　６１　　窓部
　　７０　　外光検出部（ライトセンサ）
　　８０　　制御部
　　８１　　マイコン
　　８１ａ　表示輝度調整手段
　　８１ｂ　画質補正手段
　　８２　　レーザー光制御部
　　８３　　偏光制御部
　　９０　　ＭＥＭＳドライバ
　　　Ｒ　　赤色レーザー光
　　　Ｇ　　緑色レーザー光
　　　Ｂ　　青色レーザー光
　　　Ｃ　　合成レーザー光
　　　Ｄ　　表示画像
　　　Ｊ　　表示光
　　　Ｘ　　虚像
　　　Ｅｎ　走査可能範囲
　　　Ｅｐ　表示エリア
　　　ＬＨ　高輝度領域
　　　ＬＬ　低輝度領域
　 
　　　Ａ　　　　レーザー光強度
　　　Ａ１　　　光強度目標値
　　　Ａｍ　　　境界光強度
　　　Ａｔｈ　　光強度閾値
　 
　　　Ｂ　　　　表示輝度
　　　Ｂ１　　　輝度目標値（高輝度領域）
　　　Ｂ２　　　輝度目標値（低輝度領域）
　　　Ｂｍ　　　境界表示輝度
　 
　　　Ｉ　　　　駆動電流値
　　　Ｉ１　　　目標電流値（高輝度領域）
　　　Ｉｍ　　　境界電流値
　　　Ｉｔｈ　　閾値電流値
　 
　　　Ｍ　　　　光強度測定値
　 
　　　Ｐ　　　　外部照度
　　　Ｐ１　　　外部照度測定値（高輝度領域）
　　　Ｐ２　　　外部照度測定値（低輝度領域）
　　　Ｐｍ　　　境界外部照度
　　　Ｐｔｈ　　外部照度閾値
　 
　　　Ｑ　　　　光源デューティー比
　　　Ｑ１　　　目標光源デューティー比（高輝度領域）
　　　Ｑｍ　　　境界光源デューティー比
　 
　　　Ｖ　　　　印加電圧
　　　Ｖ２　　　目標電圧
　 
　　　Ｚ　　　　透過率
　　　Ｚ２　　　目標透過率（低輝度領域）

Claims (13)

  1. 　レーザー光を出射するレーザー光源と、
    前記レーザー光の光強度を制御するレーザー光制御部と、
    前記レーザー光を偏光する偏光制御素子と、前記偏光制御素子における前記レーザー光の偏光角度を任意に制御する偏光制御部と、
    特定の偏光成分を透過する偏光部と、
    前記レーザー光源から出射したレーザー光の光路上に位置し、到達したレーザー光を走査し、所望の表示画像を投影する走査部と、
    前記レーザー光の光強度を検出するレーザー光検出部と、
    外光の照度を検出する外光検出部と、
    前記外光検出部により測定された外部照度測定値に基づき、前記表示画像の表示される輝度目標値を算出し、前記表示画像が前記輝度目標値で表示されるように前記レーザー光制御部と前記偏光制御部とを制御する表示輝度調整手段と、
    を備えるヘッドアップディスプレイ装置において、
    前記表示輝度調整手段は、
    前記外部照度測定値が所定の境界外部照度以上の場合、
    前記偏光制御部を介し、前記偏光制御素子の偏光角度を前記レーザー光が前記偏光部にて減光されない偏光角度になるように制御し、
    前記外部照度測定値が前記境界外部照度未満の場合、
    前記偏光制御部を介し、前記偏光制御素子の偏光角度を前記レーザー光が前記偏光部にて減光される偏光角度になるように制御すること、を特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
  2. 　レーザー光を出射するレーザー光源と、前記レーザー光の光強度を制御するレーザー光制御部と、
    前記レーザー光を偏光する偏光制御素子と、前記偏光制御素子における前記レーザー光の偏光角度を任意に制御する偏光制御部と、
    特定の偏光成分を透過する偏光部と、
    前記レーザー光源から出射したレーザー光の光路上に位置し、到達したレーザー光を走査し、所望の表示画像を投影する走査部と、
    前記レーザー光の光強度を検出するレーザー光検出部と、
    外光の照度を検出する外光検出部と、
    前記外光検出部により測定された外部照度測定値に基づき、前記表示画像の表示される輝度目標値を算出し、前記表示画像が前記輝度目標値で表示されるように前記レーザー光制御部と前記偏光制御部とを制御する表示輝度調整手段と、
    を備えるヘッドアップディスプレイ装置において、
    前記表示輝度調整手段は、
    前記外部照度測定値が所定の境界外部照度以上の場合、
    前記レーザー光制御部を介し、前記レーザー光源のレーザー光強度を制御することで、前記表示画像の輝度を前記輝度目標値に調整する高輝度制御モードと、
    前記外部照度測定値が前記境界外部照度未満の場合、
    前記偏光制御部を介し、前記偏光制御素子の偏光角度を制御することで、前記表示画像の輝度を前記輝度目標値に調整する低輝度制御モードとを備えること、を特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
  3. 　前記表示画像のホワイトバランスの補正処理を行う画質補正手段をさらに備えてなること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  4. 　前記画質補正手段は、前記レーザー光制御部を介し、前記レーザー光源の光強度を制御することで、前記表示画像のホワイトバランスを補正すること、を特徴とする請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  5. 　前記画質補正手段は、前記偏光制御部を介し、前記偏光制御素子の偏光角度を制御することで、前記表示画像のホワイトバランスを補正すること、を特徴とする請求項３または請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  6. 　前記レーザー光源の駆動電流値は、前記レーザー光源の閾値電流値より大きい値に設定されてなること、を特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  7. 　前記レーザー光制御部は、前記レーザー光源をＰＡＭ駆動またはＰＷＭ駆動により、緩やかに所望の光強度になるように制御すること、を特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  8. 　前記偏光制御部は、前記偏光制御素子の印加電圧の大きさを緩やかに変化させること、を特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  9. 　前記レーザー光源は、波長の異なる複数のレーザー光源を備えること、を特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  10. 　前記偏光制御素子は、独立して制御可能な複数の偏光制御可能領域を備えてなること、を特徴とする請求項９に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  11. 　前記偏光制御素子と前記偏光部は、前記複数のレーザー光源の各々に対して備えられていること、を特徴とする請求項９に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  12. 　前記偏光制御素子と前記偏光部は、前記波長の異なる複数のレーザー光源から発せられたレーザー光が合成された合成レーザー光の光路上に備えられてなること、を特徴とする請求項９に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  13. 　前記合成レーザー光は、フレームを時間分割したサブフレーム毎に波長の異なるレーザー光源を発光させてなるものであり、前記偏光制御部は、前記サブフレーム毎に、前記偏光制御素子の偏光角度を制御すること、を特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
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